Moteur magnétique surnuméraire

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Le moteur magnétique surnuméraire est un dispositif supposé produire durablement un mouvement de rotation, et parfois davantage d'énergie électrique qu'il n'en consomme, en exploitant l'attraction et la répulsion d'aimants permanents. Les appareils présentés sous ce nom sont généralement décrits comme des moteurs magnétiques surunitaires, c'est-à-dire des machines dont le rendement énergétique dépasserait 100 %. Certains promoteurs attribuent le surplus d'énergie annoncé au champ magnétique terrestre.

Aucun fonctionnement surunitaire de ce type n'a été démontré par des essais indépendants et reproductibles. En l'absence d'un apport d'énergie extérieur, une machine fournissant indéfiniment du travail relèverait du mouvement perpétuel et contredirait le premier principe de la thermodynamique, qui exprime la conservation de l'énergie[1],[2]. Cette notion ne doit pas être confondue avec celle de moteur électrique à aimants permanents : dans un tel moteur, les aimants créent une partie du champ magnétique, mais l'énergie mécanique provient d'une alimentation électrique.

Dispositif et principe revendiqué

Schéma d'un moteur à aimants permanents proposé pour obtenir une rotation autonome. Le dessin illustre le principe revendiqué, et non un fonctionnement surunitaire établi.

Les schémas de moteurs magnétiques surnuméraires représentent généralement un rotor libre de tourner autour d'un axe, portant plusieurs aimants répartis sur sa circonférence. Un ou plusieurs aimants fixes, disposés à proximité de leur trajectoire, forment le stator. Dans certaines versions, le rotor comporte un nombre impair d'aimants ou ceux-ci sont inclinés afin de modifier la succession des attractions et des répulsions.

Le dispositif est censé recevoir une impulsion initiale, puis poursuivre sa rotation grâce aux forces magnétiques. Ses promoteurs avancent que la disposition des pôles produirait un couple moteur dans un sens privilégié, sans qu'une force contraire d'importance équivalente ne s'exerce pendant le reste du tour. L'axe pourrait alors entraîner une charge mécanique ou un générateur électrique, lequel fournirait une énergie excédant celle nécessaire au démarrage.

Certaines réalisations annoncées emploient toutefois des électroaimants commandés par des impulsions électriques, en plus des aimants permanents. Il ne s'agit plus, dans ce cas, d'un simple ensemble passif d'aimants : les bobines, leur alimentation et leur commande doivent être intégrées au bilan énergétique du moteur[3].

Analyse physique

Forces magnétiques et rotation

Deux aimants peuvent s'attirer, se repousser ou exercer un couple l'un sur l'autre. Cependant, lorsqu'une configuration d'aimants permanents revient à son état initial après un tour complet, le travail net obtenu grâce à leurs seules interactions statiques est nul dans le modèle idéal. Le gain d'énergie associé à une partie de la rotation est compensé par l'énergie nécessaire pour franchir d'autres positions. Une géométrie asymétrique peut modifier les positions d'équilibre et le profil du couple, mais elle ne supprime pas ce bilan. Dans un montage réel, les frottements des paliers, la résistance de l'air et les pertes magnétiques dissipent en outre une partie de l'énergie initiale[4],[2].

La vitesse de rotation ou sa persistance pendant un certain temps ne prouve donc pas qu'un système produit de l'énergie. Une roue dotée d'une forte inertie peut continuer à tourner après son lancement, même en l'absence de couple moteur permanent. À l'inverse, un moteur électrique classique assure un couple moyen grâce à des courants et à leur commutation : l'énergie provient de la source qui alimente ces courants[5].

Le couple mécanique dépend notamment du bras de levier des forces, donc de la taille du rotor. Agrandir une roue peut modifier ce couple, mais ne crée aucune énergie supplémentaire au cours d'un cycle. Il n'est donc pas justifié d'affirmer qu'un tel moteur serait nécessairement trop encombrant pour propulser un véhicule : la difficulté fondamentale est l'absence de source d'énergie démontrée, et non une limite universelle de dimensionnement.

Production d'électricité et apport extérieur

Lorsqu'un alternateur est relié au rotor, la puissance électrique délivrée provient du travail mécanique fourni à son arbre. L'apparition d'un courant dans le circuit de sortie s'accompagne d'effets électromagnétiques qui s'opposent à la cause de l'induction électromagnétique, conformément à la loi de Lenz. La charge électrique augmente ainsi le couple résistant que le moteur doit surmonter. Un générateur ne peut pas entretenir gratuitement la rotation qui l'entraîne[6].

Le recours au champ magnétique terrestre ne résout pas ce problème. Ce champ existe bien et peut exercer un couple d'orientation sur un aimant, comme dans une boussole. Son intensité à la surface du globe est habituellement comprise entre 30 et 60 microteslas. Toutefois, sa présence ne constitue pas en elle-même une alimentation capable de fournir continuellement du travail à un rotor revenant périodiquement dans la même configuration[7].

Les moteurs surnuméraires sont parfois comparés aux pompes à chaleur, dont le coefficient de performance peut dépasser l'unité. L'analogie est trompeuse : une pompe à chaleur ne crée pas davantage d'énergie qu'elle n'en reçoit, puisqu'elle transfère, grâce à l'électricité consommée, de la chaleur prélevée dans l'air, l'eau ou le sol. L'énergie thermique délivrée provient de l'addition de cette chaleur et de l'énergie fournie au dispositif[8]. Un moteur magnétique prétendant fournir un surplus devrait, de la même façon, identifier et quantifier une source extérieure réelle.

Historique et dispositifs présentés

L'idée d'entretenir une rotation à l'aide d'aimants est bien antérieure aux moteurs électriques modernes. Au XIIIe siècle, Pierre de Maricourt, également connu sous le nom de Petrus Peregrinus, décrit une roue mue par des interactions magnétiques dans son traité consacré à l'aimant. Le projet appartient à une longue histoire de recherches sur les machines à mouvement perpétuel[9].

Au XXe siècle, des montages utilisant exclusivement ou principalement des aimants permanents continuent d'être proposés. L'inventeur américain Howard R. Johnson obtient notamment, en 1979, un brevet intitulé Permanent magnet motor, qui décrit une disposition particulière d'aimants pour obtenir un mouvement mécanique[10]. L'obtention d'un brevet ne constitue toutefois pas une validation expérimentale d'un fonctionnement perpétuel ou d'un rendement supérieur à 100 %.

Le moteur de Kohei Minato

L'inventeur japonais Kohei Minato développe à partir des années 1970 des dispositifs rotatifs associant des aimants permanents à une commande électromagnétique. Il présente notamment des prototypes lors d'une conférence à Mexico en 1997, puis cherche à les adapter à des ventilateurs et à des équipements de climatisation. Un reportage publié en mars 2004 dans le magazine Japan Inc. évoque la fabrication annoncée de dizaines de milliers de ventilateurs et décrit plusieurs machines dans son atelier japonais[11].

Minato affirme que ses moteurs pourraient atteindre un rendement de l'ordre de 330 %. Le reportage mentionne des lectures d'instruments donnant, sur un prototype couplé à un générateur, environ 0,54 watt d'alimentation électrique pour 1,76 watt en sortie. Ces chiffres sont présentés comme des observations lors d'une démonstration et non comme le résultat d'un protocole indépendant établissant un bilan énergétique complet[11].

La description technique montre surtout que le rotor, équipé d'aimants permanents inclinés, passe devant deux stators électromagnétiques alimentés par des impulsions dont la durée et le déclenchement sont contrôlés par des capteurs. Ces impulsions servent précisément à franchir certaines positions où la rotation risquerait de s'arrêter[3]. L'appareil décrit comporte donc un apport d'énergie électrique qu'il faut mesurer pour évaluer ses performances. Les éléments publiés ne démontrent pas l'existence d'une production nette d'énergie. De même, les projets commerciaux évoqués en 2004 ne prouvent pas que les rendements annoncés aient été vérifiés.

Steorn et le système Orbo

La société irlandaise Steorn, dirigée par Shaun McCarthy, attire l'attention en 2006 lorsqu'elle affirme avoir développé une technologie appelée Orbo, fondée sur des interactions magnétiques et capable de fournir une énergie supérieure à celle qu'elle consomme. Elle sollicite publiquement un groupe de scientifiques chargé d'évaluer cette affirmation. Une démonstration prévue en juillet 2007 à Londres est annulée à la suite de difficultés techniques, que l'entreprise attribue notamment à la chaleur dégagée par l'éclairage[12].

En juin 2009, le jury de 22 scientifiques et ingénieurs constitué à la demande de Steorn rend une conclusion unanime : les essais de la société n'ont pas montré de production d'énergie. Steorn conteste cet avis et poursuit ses démonstrations[13]. Le 15 décembre suivant, plusieurs appareils Orbo sont présentés au public au Waterways Visitor Centre de Dublin, lors d'une exposition annoncée jusqu'à la fin de janvier 2010[14].

Les appareils exposés mettent en jeu des bobines alimentées par une batterie et un générateur censé recharger celle-ci. Le fait de voir le rotor tourner ne permettait donc pas de déterminer si la batterie perdait, conservait ou gagnait réellement de l'énergie : aucune validation indépendante du bilan annoncé n'a résulté de cette présentation[15].

Steorn tente ensuite de développer des produits grand public, notamment le chargeur OCube et le téléphone OPhone, présentés comme capables de fonctionner sans recharge conventionnelle. Ces projets n'aboutissent pas à une commercialisation durable et l'entreprise ferme en 2016. La procédure de liquidation, engagée en 2017, s'achève en mai 2024[16],[17].

Vérification des performances

L'évaluation d'un moteur magnétique suppose de distinguer la puissance mécanique, l'énergie électrique consommée et la puissance électrique éventuellement produite. Un essai concluant devrait mesurer, pendant une durée suffisamment longue et sous une charge représentative, tous les apports et toutes les sorties d'énergie, y compris ceux des batteries, des condensateurs, des bobines de commande et de l'impulsion initiale. Il devrait également prendre en compte les variations d'énergie stockée dans les éléments du dispositif.

Cette précaution est particulièrement importante lorsque des courants sont impulsionnels ou lorsque l'appareil associe un moteur à un générateur : une comparaison de tensions, de courants instantanés ou d'indications de compteurs ne suffit pas à établir que l'énergie totale produite dépasse l'énergie reçue. Les résultats doivent pouvoir être reproduits par des expérimentateurs indépendants. Les démonstrations de Minato et de Steorn n'ont pas apporté cette preuve, et le fonctionnement revendiqué demeure incompatible avec les principes établis de la thermodynamique[13],[2].

Bibliographie

  • Stanley W. Angrist, « Perpetual Motion Machines », Scientific American, vol. 218, nº 1, janvier 1968, p. 114-123.
  • Arthur W. J. G. Ord-Hume, Perpetual Motion: The History of an Obsession, Londres, George Allen & Unwin, 1977.

Notes et références

  1. ↑ American Physical Society, « Council: There is No Free Lunch », APS News, 1er juin 2003.
  2. ↑ 2,0 2,1 et 2,2 « A “Perpetual Motion Machine” Powered by Electromagnetism », The Physics Teacher, vol. 62, 2024, p. 47-49, DOI : 10.1119/5.0102604.
  3. ↑ 3,0 et 3,1 John Dodd, « How it Works: Magnets in Motion », Japan Inc., mars 2004.
  4. ↑ OpenStax, « 8.2 Conservative and Non-Conservative Forces », University Physics, vol. 1, Rice University.
  5. ↑ OpenStax, « 11.5 Force and Torque on a Current Loop », University Physics, vol. 2, Rice University.
  6. ↑ OpenStax, « 13.2 Lenz's Law », University Physics, vol. 2, Rice University.
  7. ↑ U.S. Geological Survey, « Introduction to Geomagnetism », programme Geomagnetism.
  8. ↑ Département de l'Énergie des États-Unis, « Heat Pump Systems », Energy Saver.
  9. ↑ Museo Galileo, « Perpetual motion in the Middle Ages », exposition consacrée à l'histoire du mouvement perpétuel.
  10. ↑ Howard R. Johnson, « Permanent magnet motor », brevet américain US 4,151,431, délivré le 24 avril 1979.
  11. ↑ 11,0 et 11,1 John Dodd, « The Techno Maestro's Amazing Machine », Japan Inc., mars 2004.
  12. ↑ Ben Goldacre, « Perpetual motion goes into reverse », The Guardian, 7 juillet 2007.
  13. ↑ 13,0 et 13,1 Dick Ahlstrom, « Irish 'energy for nothing' gizmo fails jury vetting », The Irish Times, 24 juin 2009.
  14. ↑ « 'Free energy' machine on display in Dublin », Irish Independent, 15 décembre 2009.
  15. ↑ Charlie Sorrel, « Orbo Strikes Back: Perpetual Motion Machine Demonstrated », Wired, 17 décembre 2009.
  16. ↑ Conor McMahon, « Your crash course in... The rise and fall of Steorn, the energy firm that claimed to defy physics », Fora, 24 novembre 2016.
  17. ↑ John Mulligan, « Steorn finally goes supernova as company that promised 'free energy' completes liquidation process », Irish Independent, 13 mai 2024.

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